Doska plošných spojov (PCB) sa nachádzajú v takmer každom druhu elektronických zariadení. If there are electronic components in a piece of equipment, they are also embedded in various sizes of PCB. In addition to fixing various small parts, the main function of the PCB is to provide electrical connections between the components. As electronic equipment becomes more and more complex, more and more parts are needed, and the wiring and parts on the PCB become more and more dense. A standard PCB looks something like this. Bare Board (without parts on it) is also often referred to as “Printed Wiring Board (PWB).

The substrate of the board itself is made of a material that is insulated and resistant to bending. The small line material that can be seen on the surface is copper foil. Originally, the copper foil is covered on the whole board, and the middle part is etched away in the manufacturing process, and the remaining part becomes a network of small lines. These lines are called conductors or conductors and are used to provide electrical connections to parts on the PCB.

To secure parts to the PCB, we solder their pins directly to the wiring. Na základnom plošnom spoji sú diely sústredené na jednej strane a vodiče sú sústredené na druhej strane. So we need to make holes in the board so that the pins can go through the board to the other side, so the pins of the parts are welded to the other side. Because of this, the front and back sides of a PCB are called Component Side and Solder Side respectively.

Ak sú na DPS diely, ktoré je možné po výrobe odstrániť alebo znova nasadiť, na inštaláciu dielov sa použije zásuvka. Because the socket is directly welded to the board, the parts can be arbitrarily disassembled. A ZIF (Zero InserTIon Force) plug allows parts to be inserted and removed easily. The lever next to the socket can hold the parts in place after you insert them.

To connect two PCBS to each other, an edge connector is commonly used. Zlatý prst obsahuje množstvo holých medených podložiek, ktoré sú v skutočnosti súčasťou kabeláže plošných spojov. Normálne, aby sme sa pripojili, vložíme zlatý prst na jednom PCB do príslušného slotu (bežne nazývaného expanzný slot) na druhom PCB. In computers, display cards, sound cards, and similar interface cards are connected to the motherboard by means of a gold finger.

Zelená alebo hnedá farba na doske plošných spojov je farba spájkovacej masky. This layer is an insulating shield that protects the copper wire and prevents parts from being welded to the wrong place. Na vrstvu odolnosti proti spájkovaniu bude vytlačená ďalšia hodvábna obrazovka. It is usually printed with words and symbols (mostly white) to indicate the position of the parts on the board. Screen printing surface is also known as icon surface

Legenda).

Jednostranné dosky

Ako sme už spomenuli, na základnej doske plošných spojov sú diely sústredené na jednej strane a vodiče sú sústredené na druhej strane. Because the wire appears on only one side, we call this TYPE of PCB single-sided. Pretože jednotlivé panely mali veľa prísnych obmedzení na konštrukciu obvodu (pretože bola iba jedna strana, vedenie sa nemohlo krížiť a muselo ísť oddelenou cestou), iba prvé obvody používali takéto dosky.

Obojstranné dosky

Doska plošných spojov má zapojenie na oboch stranách. But in order to use both wires, there must be proper electrical connections between the two sides. Tento „most“ medzi obvodmi sa nazýva vodiaci otvor (VIA). Vodiace otvory sú malé otvory v doske plošných spojov vyplnené alebo potiahnuté kovom, ktoré je možné pripojiť k vodičom na oboch stranách. Because a dual panel has twice the area of a single panel, and because the wiring can be interlaced (it can be wound around to the other side), it is better for more complex circuits than a single panel.

Multi-layer Boards

Aby sa zväčšila plocha, ktorú je možné zapojiť, používa sa viac jednostranných alebo obojstranných rozvodných dosiek. Viacvrstvová doska používa niekoľko dvojitých panelov a medzi každý panel je umiestnená vrstva izolácie, ktorá je prilepená (lisovaná). The number of layers of the board represents several independent wiring layers, usually an even number of layers, including the outermost two layers. Most motherboards are built with four to eight layers, but it is technically possible to build up to 100 layers of PCBS. Väčšina veľkých superpočítačov používa niekoľko vrstiev základných dosiek, ale vypadli z používania, pretože ich môžu nahradiť klastre bežných počítačov. Because the layers in a PCB are so tightly integrated, it’s not always easy to see the actual number, but if you look closely at the motherboard, you might be able to.

The guide hole (VIA) we just mentioned, if applied to a double panel, must be through the entire board

But in a multilayer, if you only want to connect some of the lines, the guide holes may waste some of the line space in the other layers. Buried vias and Blind vias avoid this problem because they only penetrate a few layers. Blind holes connect several layers of internal PCBS to surface PCBS without penetrating the entire board. Buried holes are only connected to the internal PCB, so light is not visible from the surface.

In a multilayer PCB, the entire layer is directly connected to the ground wire and the power supply. So we classify the layers as Signal, Power or Ground. If the parts on the PCB require different power supplies, they usually have more than two power and wire layers.

Technológia balenia dielov

Prostredníctvom technológie Hole

The technique of placing parts on one side of the board and welding the pins to the other side is called “Through Hole Technology (THT)” encapsulation. This part takes up a lot of space and one hole is drilled for each pin. Ich spoje teda v skutočnosti zaberajú miesto na oboch stranách a spájkovacie spoje sú relatívne veľké. Na druhej strane sú diely THT lepšie prepojené s doskou plošných spojov ako diely s povrchovou technológiou (SMT), o ktorých si povieme neskôr. Sockets like wired sockets and similar interfaces need to be pressure-tolerant, so they are usually THT packages.

Surface Mounted Technology

For Surface Mounted Technology (SMT) parts, the pin is welded on the same side with the parts. This technique does not drill holes in the PCB for each pin.

Povrchové lepiace časti je možné dokonca zvárať na oboch stranách.

SMT má tiež menšie časti ako THT. Compared to PCB with THT parts, PCB with SMT technology is much denser. SMT package parts are also less expensive than THT’s. So it’s no surprise that most of today’s PCBS are SMT.

Because the solder joints and pins of parts are very small, it is very difficult to weld them manually. However, given that current assembly is fully automated, this problem will only occur when repairing parts.

The design process

Pri návrhu DPS skutočne existujú veľmi dlhé kroky, ktoré je potrebné vykonať pred oficiálnym zapojením. Nasleduje hlavný proces návrhu:

The system specifications

First of all, the system specifications of the electronic equipment should be planned. It covers system functionality, cost constraints, size, operation and so on.

System function block diagram

Ďalším krokom je vytvorenie funkčného blokového diagramu systému. Tiež musí byť označený vzťah medzi štvorcami.

Divide the system into several PCBS

Dividing the system into several PCBS not only reduces the size, but also gives the system the ability to upgrade and swap parts. The system function block diagram provides the basis for our segmentation. Computers, for example, can be divided into motherboards, display cards, sound cards, floppy disk drives, power supplies, and so on.

Určte spôsob balenia, ktorý sa má použiť, a veľkosť každého PCB

Once the technology and the number of circuits used for each PCB has been determined, the next step is to determine the size of the board. If the design is too large, then packaging technology will have to change, or re-split the action. Pri výbere technológie by sa mala brať do úvahy aj kvalita a rýchlosť schémy zapojenia.

Draw schematic circuit diagrams of all PCB’s

The details of the interconnections between the parts should be shown in the sketch. PCB vo všetkých systémoch musí byť popísaný a väčšina z nich v súčasnosti používa CAD (Computer Aided Design). Here is an example of a CircuitMakerTM design.

Schematický diagram obvodu DPS

Preliminary design of simulation operation

To ensure that the designed circuit diagram works, it must first be simulated using computer software. Such software can read blueprints and show how the circuit works in many ways. This is much more efficient than actually making a sample PCB and then measuring it manually.

Place the parts on the PCB

The way parts are placed depends on how they are connected to each other. Musia byť napojené na cestu tým najefektívnejším spôsobom. Efficient wiring means the shortest possible wiring and fewer layers (which also reduces the number of guide holes), but we’ll come back to this in actual wiring. Here is what the bus looks like on a PCB. Placement is important in order for each part to have perfect wiring.

Test wiring possibilities with correct operation at high speed

Niektorý z dnešných počítačových softvérov dokáže skontrolovať, či je umiestnenie každého komponentu správne pripojené, alebo môže skontrolovať, či môže správne fungovať pri vysokej rýchlosti. Tento krok sa nazýva aranžovanie dielov, ale nebudeme zachádzať príliš ďaleko. Ak je problém s konštrukciou obvodu, diely je možné tiež usporiadať pred exportom obvodu do poľa.

Exportný obvod na DPS

The connections in the sketch will now look like wiring in the field. Tento krok je zvyčajne plne automatizovaný, aj keď sú zvyčajne potrebné manuálne zmeny. Below is the wire template for 2 laminates. Červená a modrá čiara predstavujú vrstvu dielov plošných spojov a vrstvu zvárania. The white text and squares represent the markings on the screen printing surface. Červené bodky a kruhy predstavujú vŕtacie a vodiace otvory. Úplne vpravo vidíme zlatý prst na zváracej ploche DPS. The final composition of this PCB is often referred to as the working Artwork.

Each design must conform to a set of rules, such as minimum reserved gaps between lines, minimum line widths, and other similar practical limitations. Tieto špecifikácie sa líšia v závislosti od rýchlosti obvodu, sily prenášaného signálu, citlivosti obvodu na spotrebu energie a šumu a kvality materiálu a výrobného zariadenia. If the strength of the current increases, the thickness of the wire must also increase. In order to reduce PCB costs, while reducing the number of layers, it is also necessary to pay attention to whether these regulations are still met. Ak sú potrebné viac ako 2 vrstvy, výkonová vrstva a uzemňovacia vrstva sa zvyčajne používajú na zabránenie ovplyvneniu prenosu signálu na signálnej vrstve a môžu byť použité ako štít signálnej vrstvy.

Wire after circuit test

In order to be sure that the line is working properly behind the wire, it must pass the final test. Tento test kontroluje aj nesprávne pripojenia a všetky pripojenia sa riadia schematickým diagramom.

Založte a zaevidujte

Pretože v súčasnosti existuje veľa nástrojov CAD na navrhovanie PCBS, výrobcovia musia mať pred výrobou dosiek profil, ktorý spĺňa normy. There are several standard specifications, but the most common is the Gerber Files specification. A set of Gerber files includes a plan of each signal, power and ground layer, a plan of the solder resistance layer and the screen printing surface, and specified files of drilling and displacing.

Electromagnetic compatibility problem

Elektronické zariadenia, ktoré nie sú navrhnuté podľa špecifikácií EMC, pravdepodobne emitujú elektromagnetickú energiu a interferujú s blízkymi spotrebičmi. EMC ukladá maximálne limity elektromagnetického rušenia (EMI), elektromagnetického poľa (EMF) a vysokofrekvenčného rušenia (RFI). Toto nariadenie môže zaistiť normálnu prevádzku spotrebiča a iných spotrebičov v blízkosti. EMC ukladá prísne limity na množstvo energie, ktorá môže byť rozptýlená alebo prenášaná z jedného zariadenia do druhého, a je navrhnutá tak, aby znižovala citlivosť na externé EMF, EMI, RFI atď. In other words, the purpose of this regulation is to prevent electromagnetic energy from entering or emanating from the device. This is a very difficult problem to solve, and is usually solved by using power and grounding layers, or putting PCBS into metal boxes. The power and ground layers protect the signal layer from interference, and the metal box works equally well. We won’t go too far into these issues.

The maximum speed of the circuit depends on EMC compliance. Interné EMI, ako napríklad strata prúdu medzi vodičmi, sa zvyšuje so zvyšujúcou sa frekvenciou. Ak je súčasný rozdiel medzi nimi príliš veľký, vzdialenosť medzi nimi predĺžte. This also tells us how to avoid high voltage and minimize the current consumption of the circuit. Dôležitá je aj rýchlosť oneskorenia zapojenia, takže čím kratšia dĺžka, tým lepšie. Malý PCB s dobrým zapojením bude teda fungovať lepšie pri vysokých rýchlostiach ako veľký PCB.